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電力係統諧波及其抑製技術研究

諧波及其起源:

    所謂諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量 ，其頻率為基波頻率的整數倍 ，通常也稱之為高次諧波 。

    諧波主要由諧波電流源產生 ：當正弦基波電壓施加於非線性設備時 ，設備吸收的電流與施加的電壓波形不同 ，電流因而發生了畸變 ，由於負荷與電網相連 ，故諧波電流注入到電網中 ，這些設備就成了電力係統的諧波源 。係統中的主要諧波源可分為兩類 ：含半導體的非線性元件 ，如各種整流設備 、變流器 、交直流換流設備 、PWM變頻器等節能和控製用的電力電子設備 ；含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源 ，如日光燈 、交流電弧爐 、變壓器及鐵磁諧振設備等 。

    國際上對電力諧波問題的研究大約起源於五六十年代 ，當時的研究主要是針對高壓直流輸電技術中變流器引起的電力係統諧波問題 。進入70年代後 ，隨著電力電子技術的發展及其在工業 、交通及家庭中的廣泛應用 ，諧波問題日趨嚴重 ，從而引起世界各國的高度重視 。各種國際學術組織如電氣與電子工程師協會（IEEE） 、國際電工委員會（IEC）和國際大電網會議（CIGRE）相繼各自製定了包括供電係統 、各項電力和用電設備以及家用電器在內的諧波標準 。我國國家技術監督局於1993年頒布了國家標準GB／T14549－93《電能質量公用電網諧波》 ，標準給出了公用電網諧波電壓 、諧波電流的限製值 。

 高次諧波的危害:

    諧波汙染對電力係統的危害是嚴重的 ，主要表現在 ：

    （1）諧波影響各種電氣設備的正常工作 。對如發電機的旋轉電機產生附加功率損耗 、發熱 、機械振動和噪聲 ；對斷路器 ，當電流波形過零點時 ，由於諧波的存在可能造成高的di／dt ，這將使開斷困難 ，並且延長故障電流的切除時間 。

    （2）諧波對供電線路產生了附加損耗 。由於集膚效應和鄰近效應 ，使線路電阻隨頻率增加而提高 ，造成電能的浪費 ；由於中性線正常時流過電流很小 ，故其導線較細 ，當大量的三次諧波流過中性線時 ，會使導線過熱 ，損害絕緣 ，引起短路甚至火災 。

    （3）使電網中的電容器產生諧振 。工頻下 ，係統裝設的各種用途的電容器比係統中的感抗要大得多 ，不會產生諧振 ，但諧波頻率時 ，感抗值成倍增加而容抗值成倍減少 ，這就有可能出現諧振 ，諧振將放大諧波電流 ，導致電容器等設備被燒毀 。

    （4）諧波將使繼電保護和自動裝置出現誤動作 ，並使儀表和電能計量出現較大誤差 。

    諧波對其他係統及電力用戶危害也很大 ：如對附近的通信係統產生幹擾 ，輕者出現噪聲 ，降低通信質量 ，重者丟失信息 ，使通信係統無法正常工作 ，影響電子設備工作精度 ，使精密機械加工的產品質量降低 ；設備壽命縮短 ，家用電器工況變壞等 。